单片机课程设计-简易十字路口交通灯.doc
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《单片机原理及应用》 课程设计报告 2010 — 2011 学年第 2 学期 题 目: 简易十字路口交通灯设计 专 业: 通信技术 班 级: 通信1102 学 号: 1007045149 学 号: 6 姓 名: 曾靖凯 指导教师: 卫兵哥 "2012 "年"12 "月"13-17 "日" 简易十字路口交通灯设计 一、设计目的 1.了解交通灯管理的基本工作原理 2.掌握80C31工作原理和应用编程 3.掌握80C31计算器/定时器的工作方式和应用编程外部中断的方式 4.掌握动态LED显示 二、设计内容 内容:设计一个十字路口交通灯控制器。初始态东西南北等全灭,程序开始运行先南 北通行30S、东西禁止;然后,南北转黄灯;接着,东西通行30S,南北禁止;最后,东 西转黄灯;依次循环。如果有意外发生,产生中断,红灯全亮,时间10S. 三、总体设计 本设计采以用单片机8051作为控制器,通行时间或等待时间通过数码管以倒计时方式 显示,同时单片机P1口控制交通灯(红灯、黄灯、绿灯)的正常的替换工作,如果有意 外发生(交通事故)就会产生中断,东西南北红灯全亮。系统设计框图1如下: 图1 系统框图 四、硬件设计 因才用了PC机和单片机试验箱接口应用平台硬件电路相对简单,利用8031的P1口对 交通灯的控制、计数/定时器、中断和数码管显示构成的简易交通灯,实验电路连接如表 1所示。 表1 实验连接图 "连线 "连接孔1 "连接孔2 " "1 "P7 "L7(东西红灯)" "2 "P6 "L6(东西黄灯)" " 3 "P5 "L5 (东西绿灯) " "4 "P4 "L4 (南北红灯) " "5 "P3 "L3(南北黄灯)" "6 "P2 "L2(南北绿灯)" "7 "P3.2 "负脉冲 " "8 "KEY/LED_CS"CS0 " 五、软件设计 1.交通灯显示时序的理论分析 以下四图所示为红黄绿灯规则的状态图 图2 状态S1南北通行30S 东西禁止 图3 状态S2南北转黄灯 图4 状态S3南北禁止 东西通行30S 图5 状态S4东西绿灯转黄灯 共四种状态,分别设定为S1、S2、S3、S42,交通灯以这四种状态为一个周期,循环 执行如图6所示。如果有意外发生,去处理中断,红灯全亮,时间10S。 图6 交通灯状态循环 依据上述车辆行驶的状态图,可以列出各个路口灯的逻辑表如表1所示(其中逻辑值"1" 代表执行通行,逻辑值"0"代表禁止通行,逻辑值"L"代表绿灯转黄灯): 表2 状态逻辑表 "S1的状态 "E "S "W "N " "逻辑值 "0 "1 "0 "1 " "显示时间 "30S " "S2的状态 "E "S "W "N " "逻辑值 "0 "L "0 "L " "显示时间 "1S " "S3的状态 "E "S "W "N " "逻辑值 "1 "0 "1 "0 " "显示时间 "30S " "S4的状态 "E "S "W "N " "逻辑值 "L "0 "L "0 " "显示时间 "1S " 程序就是上述四种状态下循环转化的,一个周期四个状态,正常情况下共花费63S。 2交通灯显示的理论分析 2.1 倒计时显示的理论分析 利用MCS- 51内部的定时器/计数器进行,配合软件延时实现倒计时。在工作之前必须通过软件设定 它的工作方式,即对寄存器TMOD中每位进行设定,格式如表3所示。 表3 TMOD格式 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 "CATE"C/T "M1 "M0 "CATE "C/T "M1 "M0 " 其中,低四位用于决定T0的工作方式,高四位用于决定T1的工作方式,M1 和M0 工作方式控制位用以确定 4 种工作方式,如下表4所示: 表4 M1和M0控制4种工作方式 "M1 M0 "工作方式 "说明 " "0 0 "方式0 "13位计数器 " " 0 1 "方式1 "16位计数器 " "1 0 "方式2 "自动装载8位计数器 " "1 1 "方式3 "定时器0:分为两个8位计数器 " " " "定时器1:对外部停止计数 " 采用T0方式1,定时1S,系统时钟为6MHZ,所以时钟周期=(12*1/6)us=2us;采用每隔 100ms中断一次,中断10次为1S,使时间的计数值减1,实现了倒计时的功能。计算计数 初值X:(216-X)*2us=1s,所以X=15536=3CB0H,因此TH0=3CH,TL0=B0H。 2.2 状态灯显示的理论分析 南北通行,东西禁止时利用定时器中断倒计时30S;东西通行,南北禁止时利用定时 器中断倒计时30S。 2.3 中断理论分析 MCS- 51中断系统有5个中断源,分别是外部中断0、外部中断1、定时器/计数器T0溢出中断、 定时器/计数器T1溢出中断、串行口中断请求。 MCS- 51的 【单片机课程设计-简易十字路口交通灯】 在单片机课程设计中,学生被要求设计一个简易的十字路口交通灯控制系统。该设计的主要目的是让学生深入理解交通灯管理的基本工作原理,熟悉80C31单片机的运作机制,包括其计算/定时器功能和外部中断的应用,以及动态LED显示技术。 设计内容涵盖了四个主要部分:交通灯的正常工作流程、系统总体设计、硬件电路构建和软件编程。交通灯控制器设计为在初始状态所有灯熄灭,然后按照特定顺序交替点亮,即南北方向通行30秒,东西方向禁止;接着南北方向转为黄灯,东西方向禁止;然后东西方向通行30秒,南北方向禁止;最后东西方向转黄灯,如此循环。在出现意外情况(如交通事故)时,系统会触发中断,所有红灯亮起,持续10秒。 系统设计采用了8051单片机作为核心控制器,通过数码管以倒计时方式显示通行或等待时间。单片机的P1口负责控制交通灯的切换,同时监控外部中断,一旦检测到意外,立即响应。硬件电路设计相对简洁,使用8031的P1口连接交通灯,P3.2口用于接收负脉冲信号,以及数码管显示。每个交通灯状态都通过特定的P1口引脚控制,如P7控制东西方向的红灯,P6控制东西方向的黄灯,P5控制东西方向的绿灯,P4控制南北方向的红灯,P3控制南北方向的黄灯,P2控制南北方向的绿灯。 软件设计部分主要分为交通灯显示时序分析和倒计时显示理论。交通灯的显示状态被定义为四种:S1、S2、S3、S4,每种状态对应特定的通行逻辑,通过状态逻辑表进行控制。倒计时显示则利用MCS-51的定时器/计数器,结合中断技术来实现。例如,采用T0工作在方式1,每100ms中断一次,通过计算初值确保1S的计数周期,实现倒计时功能。 此外,中断理论分析中提到,MCS-51单片机有五个中断源,包括外部中断0和1、定时器/计数器T0和T1的溢出中断,以及串行口中断请求。这些中断源在交通灯系统中可能用于检测意外事件,如汽车碰撞传感器或其他紧急情况,触发中断服务程序,快速切换到红灯全亮的安全模式。 这个课程设计项目旨在通过实际操作提升学生的单片机应用能力,加深对交通灯控制系统的理解,同时训练他们编写和调试硬件电路与软件程序的能力。通过这种实践,学生能够更好地掌握单片机的工作原理,以及如何将理论知识应用于实际问题的解决。
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